《地球与空间科学》6 (1)

1、第六章 地球及其运动 地球和月球的关系： 姐妹 母女 情人 (同源说、分裂说和俘获说 ) 地球已经是一个46亿岁的老寿星了，她起源于原始太阳星云。约在3040亿年前，地球已经开始出现最原始的单细胞生命，后来逐渐进化，出现了各种不同的生物。 地球的自转 地球就像一只陀螺，沿着自转轴自西向东不停地旋转着。她的自转周期为23小时56分4秒，约等于24小时。 同时，地球还围绕太阳公转，她的公转轨道是椭圆形，轨道的半长径达到149,597,870公里。公转一周要365.25天，为一年。 地球自转的证明方法： 落体偏东 傅科摆 贝尔定律傅科摆地球的自转，有许多理论和实验上的证据。其中最雄辩和直观的证据，当

2、推法国物理学家傅科（18191868）在巴黎进行的摆的实验。摆总是力图保持其摆动面的方向不变。有了这个不变的摆动面作标记，人们就有条件目睹足下大地的旋转而深信不疑。傅科摆与普通单摆没有什么根本的不同。为了使摆动的持续时间达到足够长度，以便能清楚地看出地球自转的效果，傅科摆比普通单摆要大得多。傅科当时用一根67米长的钢丝绳为摆长，上端系在教堂大厅的穹顶上，下端吊一个27千克重的金属球，构成一个举世罕见的特大号的单摆。绳长，是为了增加摆的振幅和周期；锤重，是为了有效地克服空气阻力的影响。摆锤的下方嵌一枚尖针；地面上，在摆锤往返经过的地方，安放二个沙盘。这样，当 摆锤往复摆动的时候，尖针便在沙盘上划

3、出一道道痕迹来。傅科的实验表明，摆锤在沙盘上留下的痕迹并不重合，但都在中心相交。他当时测定，在离中心4米远的沙盘上，摆锤连续二次所划出的痕迹，相隔3.6mm。很明显，相对于地面（沙盘）方向来说，摆动面在缓慢地、持续地沿顺时针方向偏转。贝尔定律 在北半球，河流对右岸的冲刷比对左岸强烈，以致大河右岸通常较为陡峻，而左岸较为平缓。由于这个原因，北半球的河流一般总是从右面绕过障碍，南半球情形相反。 岁差和章动（precession and nutation) 在外力作用下，地球自转轴在空间并不保持固定的方向,而是不断发生变化。地轴的长期运动称为岁差,而其周期运动则称为章动。岁差和章动引起天极和春分点在

4、天球上的运动，对恒星的位置有所影响。 像转动中的陀螺一样，地球的自转轴在太空中其实并不固定，而是以26000年的周期在转动，这个运动称为岁差，所以，春分点和天球北极的位置亦会非常缓慢地移动。 章动 地球自转轴在空间绕着黄道轴转动的同时，还伴随有许多短周期的微小变化。月球轨道面（白道面）位置的变化是引起章动的主要原因。白道的升交点沿黄道向西运动，约18.6年绕行一周，因而月球对地球的引力作用也有同一周期的变化。在天球上，表现为天极（真天极）在绕黄极运动的同时，还围绕其平均位置（平天极）作周期为18.6年的运动。同样，太阳对地球的引力作用也具有周期性变化，并引起相应周期的章动。岁差和章动的共同影响

5、，使得真天极绕着黄极在天球上描绘出一条波状曲线。除太阳和月球的引力外，地球还受到太阳系内其他行星的吸引，从而引起黄道面位置的不断变化，这不仅使黄赤交角改变，而且还使春分点沿赤道产生一个微小的位移（其方向与日月岁差相反），春分点的这种位移称为行星岁差。可根据天体力学理论计算出来. 极移 由于地轴进动，导致春分点移动（26000年转一圈）。所以太阳回到春分点所需的时间（回归年）比回到原来的恒星方向所需的时间要短，关系为： 恒星年 - 回归年 1恒星年=1.00003878回归年 1回归年=365.2422日 1恒星年=365.2564日；相差约20分种。 205360360. 恒星日、真太阳日与平

6、太阳日 太阳日是昼夜交替的周期，它的长度不仅取决于地球自转周期，而且也包含着地球公转的因素。地球自转可以被认为是均匀的，因而恒星日长度是不变的；但是，公转的影响是非均匀的，因而太阳日的长度略因季节而变化。这种因季节而变化的太阳日，叫真太阳日（或视太阳日）。真太阳日的全年平均值，叫平太阳日（即平均太阳日）。作为时间单位的太阳日是平太阳日。 地方时与标准时 1.地方时 计量时间都以天体(恒星或太阳)的时角为依据,而天体的时角是以观测点的子午圈为起算点,不同地理经圈的观测点都有自己的子午圈,由不同的天子午圈计量的时间是不同的,所以每一个观测地点都是各自的计量时间系统,称为地方系统,计量所得的时间称为

7、地方时. 2.标准时 以某一标准子午线的地方时为邻近地区的共同时间,这样的时间计量称为标准时,或称为区时.现将全世界划为24个时区,每个时区跨越经度15.以英国伦敦格林威治天文台(旧址)所在的子午线为时间和经度计量的标准参考子午线,称其为本初子午线,即地理经度零度线.本初子午线的地方平太阳时,即为格林威治时间,又称世间时. 从本初子午线开始,分别向东和向西每隔15确定一条经线为标准时线,即东经15 、30 、45 180和西经15 、30 、45 180。在标准经线东西各7.5经度范围内属于同一时区。在同一时区内，都采用本区标准时线的地方平太阳时作为全区的统一时间，称为区时，又称标准时。 日界

8、线 以经度180为界，东12区比西12区日期要早一天。凡从西向东越过该线，日期减一天；相反，从东向西越过该线，日期加一天。 这条穿过太平洋的“国际日期变更线”，避开了一些岛屿和地区，这是为了使它们不致分成两个日期，因此，它不是一条直线而是有几个曲折的曲线。人们早晨 起来，常撕一张日历，表示新的一天开始了。 对于居住在一定地区的人们来说，这是没有问题的。但对用飞机、轮船作洲际航行的旅行者，就有点不方便了。例如，当你在从东向西的航行中，因为你是在追赶太阳，所以就感到白天“加长”了；相反，当你从西向东航行时、由于是背离太阳、所以就好像有点白天“短”了的感觉。这样，你就往往会记错日子，把日历翻错。为了避免这种不方便，1884年起人们决定在太平洋中，把180经线附近作为日界线（date line），又称为国际日期变更线。当日界线西侧的东十二区是星期日12点时，日界线东侧的西十二区还是星期六的12点中，两者相差24小时（一天）。因而，当飞机由西向东越过日界线（即从东十二区进入西十二区），日期要退一日，反之日期要进一日。同时为了考虑到行政管理上的便利，日界线并不严格地指东经180度的经